가스 확산

가스 확산 과정에서 가스 분자들은 열 운동에 의해 스스로 분포를 넓혀갑니다. 이 과정에서 입자들은 농도가 높은 영역에서 농도가 낮은 영역으로 이동하여 농도 균형이 이루어질 때까지 계속됩니다. 이 과정은 외부 흐름이 필요하지 않으며, 오직 가스 입자들의 지속적인 무작위 운동에 의존합니다.

기체 혼합물에서 확산은 거시적 대류가 존재하지 않더라도 서로 다른 기체들이 혼합되도록 합니다. 기체에서의 확산 속도는 입자 간 거리가 더 크고 평균 입자 속도가 더 높기 때문에 액체보다 현저히 빠릅니다. 농도 구배 외에도 온도 및 압력 구배도 확산 과정에 영향을 미칠 수 있습니다.

기술적으로 가스 확산은 폐에서의 가스 교환, 다공성 매체를 통한 가스 통과, 건조, 막 공정 또는 동위원소 분리를 위한 가스 확산 공정과 같은 특수 분리 공정 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 합니다. 공정 기술에서는 가스 내 확산이 일반적으로 확산 법칙으로 설명되는 반면, 다성분 혼합물에서는 맥스웰-슈테판 확산과 같은 모델이 사용됩니다.

가스 확산은 농도 차이에 의해 발생하는 물질 전달 현상이다. 이 과정에서 거시적 유동은 발생하지 않는다. 추진력은 농도 기울기이다. 물질 유동 밀도는 기울기에 비례한다. 공식 내의 마이너스 기호는 농도가 낮아지는 방향으로의 전달을 나타낸다. 피크 법칙(정상태)은 다음과 같다:

J = - D · (dc/dx)

• J = 물질 유동 밀도
• D = 확산 계수
• c = 물질 농도
• x = 위치 좌표